下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著人們對(duì)下肢癱瘓及殘疾的病人的康復(fù)醫(yī)療需求的提高，下肢康復(fù)機(jī)器人的研究受到了更多的關(guān)注。下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人可以為諸如偏癱患者等下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)能障礙的病人提供運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的康復(fù)訓(xùn)練，下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人是穿戴式的，患者穿戴上機(jī)器人后，通過(guò)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)來(lái)為患者提供主動(dòng)或者被動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練。本文圍繞下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，搭建了控制系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，并設(shè)計(jì)了應(yīng)用于康復(fù)機(jī)器人不同控制策略的控制算法。
　　下肢外骨骼康復(fù)機(jī)

2、器人控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)采用分布式三層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括頂層的主控制器和上位機(jī)、中層的節(jié)點(diǎn)控制器、底層的驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)和傳感器?？祻?fù)機(jī)器人的控制由控制系統(tǒng)的三層共同完成，其中中層的節(jié)點(diǎn)控制器分布于各個(gè)關(guān)節(jié)，用于完成但關(guān)節(jié)的控制，即采用分布式結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。各層控制器中的軟件模塊是基于uC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，上位機(jī)軟件運(yùn)行于PC端用于頂層的控制和康復(fù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的監(jiān)控。
　　為了對(duì)下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的

3、控制進(jìn)行分析，對(duì)其單腿的二連桿模型結(jié)構(gòu)，基于拉格朗日方程，建立了康復(fù)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，得到了機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度信息與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。同時(shí)對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了線性化處理，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人模型中的可測(cè)參數(shù)與不確定或未知參數(shù)分離，這樣通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型中的未知參數(shù)的動(dòng)態(tài)估計(jì)并進(jìn)行補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。
　　針對(duì)康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的軌跡跟蹤控制，設(shè)計(jì)了軌跡跟蹤的底層控制算法，包括模糊PID控制算法和自適應(yīng)控制算法